２０１４年第４０卷第２期 工业安全与环保 Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１４ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ・７３・ 露天矿山排土场滑坡危险性分析及预防对策＊ 谢振华 何娜 栾婷婷 （北京科技大学土木与环境工程学院北京１０００８３） 摘要通过分析、评价排土场滑坡的危险性及主要影响因素，提出有效的排土场滑坡预防对策。在文 献分析和实地调查的基础上，得出排土场安全现状和影响排土场稳定的因素，编制排土场滑坡事故安全检查 表来评价排土场的安全状况。采用事故树分析方法得到排土场滑坡事故的原因和主要影响因素。排土场滑 坡事故最重要的影响因素是高陡边坡、排水沟失效，其次是排土工艺不合理、堆置高度不合理、长时间降雨和 地震。根据分析的结果，制定了预防排土场滑坡事故的有效措施。 关键词排土场滑坡危险性分析事故树分析 Ｈａｚａｒｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｄｕｍｐ Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｏｆ Ｏｐｅｎｃａｓｔ Ｍｉｎｅｓ Ｘ／Ｅ Ｚｈｅｎｈｕａ ＨＥ Ｎａ ＬＵＡＮ Ｔｉｎｇｌｉｎｇ （＆ｈｏｄ ｏｆＣ／ｖ／／ａｎｄ Ｅｎｖ／ｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇ／ｓｎｅｒ／￣，ｔＪｎ／ｖｅｒｓ／ｔｙ ｏｆＳｃ／ｅｐ￣ｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ蛾Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｏｎ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｎａｄ ｍａｊｏｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｄｕｍｐ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｅｆｆｃｅｔｉｖｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒ ｄｕｍｐｌａｎｄｓｌｉｄｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｅｓａｎｄｆｉｄｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ，ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｓｉｔ— ｕａｔｌｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆｃａｔｏｒｓ ｏｆｄｕｍｐ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ａ ｓａｆｅｔｙ ｃｈｅｃｋ ｌｉｓｔ ｆｏｒ ｄｕｍｐ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｉｓ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｓｔａｔｕｓ ｏｆｔｈｅ ｄｕｍｐ．Ｂｙ ｕｓｉＩ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ＰＡｌＵＳＰ￣ａｎｄ ｉｎｌｆｕｅｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ０ｆｄｕｍｐ ｌａｎｄｓｉｌｄｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｓｒ ｏｆ ｄｕｍｐ ｌｎａｄｓｌｉｄｅ ａｒｅ ｉｆｓｒｔｌｙ ｈｉｈｇ ａｎｄ ｓｔｅｅｐ ｓｌｏｐｅｓ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｄｒａｉｎａｇｅ ｄｉｔｃｈｅｓ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄｌｙ ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｕｍｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｔａｃｋｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｒａｉｎ ａｎｄ 朗ｎｈｔ ．Ａ￣ｃｏｒｄｉｇｎ ｔｏ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅ８ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｄｕｍｐ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ａ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｄｕｍｐ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｈａｚａｒｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ａｎａｌｓｙｉｓ Ｏ引言 土场容量达到几千万ｍ３甚至上亿ｍ３。很多排土场 当前我国大部分露天矿山进入深凹开采状态， 存在着堆置高度过高、地基处理重视不够、坡脚乱采 排土场容积越来越大，容积超过１亿ｍ３的单个排土 乱挖严重等问题，为排土场滑坡留下了安全隐患。 场越来越多ｎ Ｊ。我国的排土场占地面积已达（１．４— 近３０年来，先后发生大规模矿山排土场滑坡事故的 ２．０）Ｘ ｌ０４ ｋｍ２，并且以每年３４０ 的速度增长。随 露天矿山有永平铜矿、德兴铜矿、新桥硫铁矿、攀枝 着排土场容积的不断增大，为了最大限度地减少矿 花白马铁矿、太钢尖山铁矿、攀枝花中禾矿业公司等 山排土场占地面积，排土场高度也在不断增加。 ｌＯ多个。 排土场作为一种巨型人工松散堆积体，容易形 笔者对马钢南山铁矿和姑山铁矿、首钢水厂铁 成滑坡、泥石流等灾害。而且，矿山企业普遍将排土 矿、太钢尖山铁矿等典型矿山排土场进行了实地调 场建在村庄或矿区的上游地区。因此排土场发生的 研，发现大多数矿山排土场均存在一定的滑坡隐患。 灾害不但对矿山的正常生产会造成不良影响，而且 例如，首钢水厂铁矿的排土场包括河东排土场和河 对下游人民群众的生命财产安全也构成威胁 Ｊ。 西排土场，采用胶带、排岩机排土方式进行排土作 １排土场安全现状和稳定性影响因素 业。河东排土场是目前东部胶带运输系统的重要排 １．１排土场安全现状 土场所，位于滦河大桥以东，占地面积３．２ ｋｍ２。排 我国目前有一定规模的排土场２ ０００座以上， 土作业分２１０，２５０，３００ ｒｔｌ ３个台阶排土，排土段高在 每年因采矿剥离的岩土排放量超过６亿ｔ。我国露 ４ｏ一５０ ｉｎ之间，排土场的分段边坡角为３７．５ｏ。设计 天矿山排土场所容纳的岩土量大而且集中，有些排 排土容量为２．ｏ６亿ｍ３。河西排土场位于采场西北 ＊基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＫ０９Ｂ０５）。 ・７４・ 角，占地面积２．６ ｋｍ２。排土场单台阶高度分为４０ 以利用林木对土壤的固持力提高土坡的抗滑性能。 ｍ、４５ ｍ组合，台阶坡面角３７．５。，台阶最大垂直高差 但是如果不能科学地掌握栽植林木的种类、时间、部 ２６０ ｍ，最大高差处分为６个台阶。 位，则可能适得其反。 １．２排土场稳定性影响因素 ２排土场滑坡事故安全检查表 通过分析我国部分露天矿山排土场典型滑坡事 针对排土场的滑坡危险，应当及时准确掌握排 故案例，可将排土场滑坡主要破坏模式分为排土场 土场的安全状况，做好相应的防范措施。根据排土 内部滑坡、沿排土场地基软弱层滑坡和沿地基接触 场的安全影响因素、法律法规要求、安全技术规范 面滑坡３种［ －４］。影响排土场稳定性的因素主要包 等，编制了排土场滑坡事故安全检查表，如表１所 括以下几个方面。 示。排土场安全检查内容包括规章制度与设计、作 （１）物料的物理性质。根据有关文献，当排土场 业管理、防洪与安全设施等方面。通过安全检查，可 中散体粒径＜０．０５ ｍｍ的细粒所占比例大于１５％～ 以得到排土场的得分，评定排土场的安全等级，及时 ２０％时，就可能发生排土场泥石流；当粒径＜５ ｍｍ 采取有效措施。 的细粒所占比例大于４０％时，就会导致失稳滑坡。 ３排土场滑坡事故树分析 当排土场基底稳定时，滑坡的关键性因素为排 事故树分析是系统安全分析的一种重要方法。 弃物料的物理力学性质。排弃物料的块度、含水量、 通过事故树分析，能发现排土场滑坡事故的发生原 坚硬程度、内摩擦角及孔隙的大小、抗风化能力、黏 因和影响事故发展的主要因素，能更加全面、深入、 土含量等，都直接影响着边坡的稳定。 形象地找出事故发生的原因及其相互之间的逻辑关 （２）水文地质条件。排弃物料含水量高或受水 系，以便更有针对性地制定排土场滑坡事故预防措 的浸润，会降低物料的力学性质和稳定性。因此，大 施［５—６Ｉ。 气降水、地下水以及地表水体对露天矿排土场稳定 ３．１排土场滑坡事故树 性产生影响，有时甚至起决定性作用。调查有关资 根据文献分析和现场调研，编制了排土场滑坡 料，因水文地质条件导致排土场滑坡事故的案例约 事故树，如图ｌ所示。 占总数的５０％。 ３．２最小割集的求解 （３）地基软岩和坡度。若排土场地基为倾斜和 针对排土场滑坡事故树，运用布尔代数法求算 缓倾斜坡面，则排土场的稳定性主要受地基软岩的 最小割集。 影响，滑坡会沿着地基软岩产生。统计表明，３０％以 Ｔ＝Ａ１・Ａ２＝（ＢＩ・ １・Ｂ２‘ ｌ２‘Ｂ３）’（Ｘ３＋ｘ４＋ 上的排土场滑坡是沿软岩地基发生。排土场堆置在 ）＝（ｘ６＋Ｘ７＋Ｘ１）・Ｘ１・（Ｘ８＋ｘ９）‘Ｘ２。（Ｘｌｏ＋Ｘｕ） 地表植被、松软土层、坡积土等之上，则容易导致排 （弱＋施＋恐）＝ＸＩＸ２Ｘ３Ｘ８ ｌ０＋ ｌ 凰Ｘｎ＋ 土场产生底鼓而滑坡。 ｌ 风 ｌ０＋ ｌ ４ ８ ｌ１＋ １ ５弱Ｘｌｏ＋ 当排土场地基倾斜角较大时，沿地基软弱层的 １Ｘ２ＸｓＸｓＸｔｌ＋Ｘｌ ２Ｘ３ ９ ｍ＋Ｘ１Ｘ２Ｘ３Ｘ９ＸＩＩ＋ 滑坡危险性更大。即使地基是硬岩，当地基坡角大 １ Ｘ９Ｘｌｏ＋ Ｉ ２ Ｘ９ＸＩ１＋ ｌＸ２ＸｓＸ９Ｘ￣ｏ＋ 于岩土内摩擦角和自热安息角时，也容易发生滑坡， Ｘ１Ｘ２ＸｓＸ９Ｘｎ 一旦遇上雨水还可能发生泥石流。 （４）排土工艺。排土工艺的影响主要指排土过 经求算可得排土场滑坡事故树的最小割集有 程的分层作用和排土的强度。排土的分层作用包括 １２个，分别是：｛ ｌ，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ８， １ｏ｝，｛ １， ２， ３， 水平分层和倾斜分层。排土的强度对排弃物料及其 ８， ｌｌ｝，｛ ｌ， ， ，Ｘ８，Ｘｌｏ｝，｛ ｌ， ， ， ， 基底内的压力增长速度有较大影响。当压力增长速 ｌ１｝，｛ ｌ’ ， ５， ８，Ｘｌｏ｝，｛ ｌ’ ２，恐，Ｘｓ，Ｘｌｌ｝， 度过快而且与排弃物料和基底土层性质不相适应 ｛ ｌ， ， ， ９， ｌｏ｝，｛ ｌ， ２， ， ， ｌ１｝，｛ ｌ， 时，排土场会失去平衡而引起滑坡。 ２，蜀， ， ｌ０｝，｛ Ｉ’ ２，蜀，Ｘ９，Ｘｌｌ｝，｛ ｌ， ， ５， （５）堆置高度。铁路排土场的台阶高度一般在 Ｘ９，Ｘｌｏ｝，｛ ｌ， ，恐，Ｘ９，Ｘｌｌ｝。 ２０—２５ ｍ左右，其稳定条件较好，因为一次堆置高 ３．３结构重要度分析 度不大，还受到两次外载荷的作用，松散岩土有较长 根据排土场滑坡事故树的最小割集，利用近似 的沉降和压缩变形时间。汽车排土场的变形则较为 判断法判断出基本事件的结构重要度顺序如下： 严重，排土设备安全事故也较多。 （１）＝ （２）＞ （８）＝ （９）＝ｌｏ（ｔ０）＝ （１１）＞ （６）林木栽植方法。在排土场坡面栽植林木可 （３）＝ （４）＝ （５） ・７５・ 图１排土场滑坡事故树 根据结构重要度，排土场滑坡事故的影响因素 完善。因此，露天矿山应及时重新审查排土场的初 中最重要的是 （高陡边坡）、Ｘ２（排水沟失效）；其 期设计规划，确定不完善、不科学的地方，制定合理 次重要的是 （长时间降雨）、 （地震）、 ０（排土 的中后期排土规划。另外，可以调整排土顺序，将坚 工艺不合理）、 ｌ１（堆置高度不合理）。 硬的大块岩石堆置在排土场底层，避免形成软弱层。 ４排土场滑坡事故的预防措施 （２）重视排土场建设质量。大多数矿山排土场 （１）完善排土规划和调整排土工艺。排土场在 的基底都覆盖有一层表土或风化软岩，这层软弱面 中后期容易发生滑坡的主要原因是排土场规划不够 常常成为排土场滑坡的重要诱因。因此，当基底或 ・７６・ 软岩较薄时，应在排土之前将其挖掉；若较厚则可以 参考文献 采用爆破的方法进行处理。另外，排土场的选址应 ［１］谢斌．高台阶排土场边坡稳定性分析及灾害防治研究 避开基岩弱面，否则必须进行工程稳定性计算，采取 ［Ｄ］．北京：北京科技大学，２００５． 有效的工程治理措施。 ［２］王光进．超高台阶排土场散体介质力学特性及边坡稳定 （３）完善排土场的排水设施。由事故树分析结 性研究［Ｄ］．重庆：重庆大学，２０１１． 果可知，水是引发排土场灾害的一个重要因素，因此 ［３］徐永刚．影响排土场边坡稳定因素的探讨［Ｊ］．中国矿业， ２０００，９（４９）：７２—７３． 需要采取工程措施进行水的治理和疏排，包括修筑 ［４］王启明．关于加强非煤矿山安全监管工作的研究与思考 截水沟、排土平台的反坡作业、打排水钻孔和修筑疏 （二）［Ｊ］．工业安全与环保，２００９，３５（６）：１—３． 干涵洞等。 ［５］郭建国，宋世杰，崔益嘉．基于事故树理论的非金属矿山 （４）加强安全监测和应急管理。加强排土场的 爆破事故致因分析［Ｊ］．工业安全与环保，２００９，３５（２）：２２ 安全监测工作，当排土场出现不均匀沉降等滑坡征 —２３． 兆时，应及时采取控制措施。应密切关注气象变化 ［６］杨军伟，林大能，张鹏，等．基于事故树理论的爆破事故致 和地质灾害预报，做好应急管理工作。制定切实可 因分析［Ｊ］．采矿技术，２００７，１７（３）：４９—５０． 行的应急预案，明确应急管理职责，并定期开展培训 作者简介谢振华，男，１９６８年生，教授，博士，主要研究方向 演练。确保一旦发生排土场滑坡事故，做到科学、快 为安全管理、风险评价、矿山安全技术。 速、有序、有效处置，把事故损失降到最低。 （收稿日期：２０１３—０１—０４） （上接第５５页） ２．４膜处理系统性能 了范例。随着《生活垃圾填埋场污染控制标准》（ＧＢ 近几年来，基于膜处理的相关新型组合工艺在 １６８８９－－－２００８）的颁布，垃圾渗滤液的处理要求将更 垃圾渗滤液处理上得到了广泛的应用 ６。一般常用 加严格。探索各种处理工艺的组合，实现工艺间的 的是超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，由于垃圾渗滤液的 搭配和协调，开发实用、有效、经济的渗滤液处理技 难处理性，通常使用多种膜集成工艺处理［ 。该工 术将是未来发展的一种趋势。 程采用超滤＋纳滤双膜法工艺，超滤错流水回流至 参考文献 ＳＢＲ出水池，纳滤浓水回灌填埋场区，总回收率为 ［１］刘雅娜，马淑敏，黄昌兵，等．城市垃圾填埋场垃圾渗滤液 ７５％。膜处理系统的运行结果见表２。从表中可以 处理技术及应用对策［Ｊ］．河北建筑科技学院学报，２００６， 看出，采用双膜法出水水质稳定可靠，完全达到设计 ２３（１）：１１—１６． 排放标准。由于预处理和生化处理已经去除了大部 ［２］黄琪，李育杰，李武．生活垃圾填埋场渗滤液处理研究 分污染物，因此，膜通量能长时间保持稳定，清洗频 ［Ｊ］．工业安全与环保，２００７，３３（１）：２３—２６． ［３］唐凤喜，曹国凭，刘景良，等．我国垃圾渗滤液处理现状及 率较低，大大降低了运行成本。 处理技术进展［Ｊ］．河北联合大学学报（自然科学版）， 表２膜处理系统运行效果 ｍｇ／ｔ，（ｐｎ值除外） ２０１２，３４（１）：１１６—１２０． ［４］陈小玲，李金城，孙鑫，等．吹脱法对垃圾渗滤液中的氨 氮预处理研究［Ｊ］．井冈山大学学报（自然科学版），２０１２， ３３（１）：４４—４６． ［５］时晓宁，王淑莹，孙洪伟，等．ＳＢＲ工艺处理垃圾渗滤液研 究及应用现状［Ｊ］．水处理技术，２００９，３５（２）：１９—２４． ３结语 ［６］郭娜，王伯铎，崔晨，等．膜技术对垃圾渗滤液处理的研究 工程运行实践表明，采用吹脱一ＵＢＦ—ＳＢＲ一双 ［Ｊ］．环境科学导刊，２０１２，３１（２）：６６—７０． 膜法组合工艺处理垃圾填埋场渗滤液是可行的。整 ［７］许丽华，戚丽，刘恩华，等．纳滤／反渗透／石灰混凝法深度处 理垃圾渗滤液［Ｊ］．水处理技术，２０１２，３８（４）：９６—９９，１（１３． 个工艺流程简单，易于管理，处理效果好，运行稳定、 （收稿日期：２０１３—０１—０９） 成本低，为国内其他垃圾填埋场渗滤液的处理提供